Ионно-обменные реакции между ионами
Описание файла
Документ из архива "Ионно-обменные реакции между ионами", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из 1 семестр, которые можно найти в файловом архиве МПУ. Не смотря на прямую связь этого архива с МПУ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "общая химия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Ионно-обменные реакции между ионами"
Текст из документа "Ионно-обменные реакции между ионами"
Ионно-обменные реакции между ионами
в растворах электролитов
Реакции в растворах электролитов протекают между ионами, на которые диссоциируют растворенные вещества. При этом не изменяются степени окисления элементов.
Не все ионные обменные реакции необратимы. Ионные обменные реакции идут до конца в том случае, если в результате реакции образуется:
-нерастворимое соединение, выпадающее в осадок;
-газообразное вещество;
-слабый электролит (вода, слабое основание или слабая кислота).
-- Уравнения реакций такого типа более правильно писать не в молекулярной, а в ионно-молекулярной форме. В этих уравнениях указывают ионы, на которые распадаются молекулы сильных электролитов. Малорастворимые вещества, выделяющиеся из раствора в виде осадка, газообразные соединения и слабые электролиты в этих уравнениях пишут в молекулярном виде. Кроме того, существует краткая ионная форма записи уравнения реакции, отображающая сущность реакции, протекающей в растворе электролита.
Примеры реакций, идущих необратимо
1. Образование осадка
BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaCl
- молекулярное уравнение реакции,
Ba2+ + 2Cl- + 2Na+ + SO = BaSO4↓ + 2Na+ + 2Cl-
- ионно-молекулярное уравнение реакции,
Ba2+ + SO = BaSO4↓ - краткая форма уравнения реакции.
2. Образование газообразного вещества
Na2S + 2HCl = H2S↑ + 2NaCl
- молекулярное уравнение реакции,
2Na+ + S2- + 2H+ + 2Cl- = H2S↑ + 2Na+ + 2Cl-
-ионно-молекулярное уравнение реакции,
2H+ + S2- = H2S↑ - краткая форма уравнения реакции.
3. Образование слабого электролита
а) Воды: 2NaOH + H2SO4 = H2O + Na2SO4 - молекулярное уравнение реакции,
2Na+ + 2OH- + 2H+ +SO = 2H2O + 2Na+ + SO
-ионно-молекулярное уравнение реакции,
2OH- + 2H+ = 2H2O - краткая форма уравнения реакции.
Реакция нейтрализации сильной кислоты сильным основанием сводится к взаимодействию ионов водорода с гидроксид-ионами.
б) Слабой кислоты:
2NaNO2 + H2SO4 = 2HNO2 + Na2SO4
- молекулярное уравнение реакции,
2Na+ + 2NO2- + 2H+ + SO = 2HNO2 + 2Na+ + SO
-ионно-молекулярное уравнение реакции,
2H+ + 2NO2- = 2HNO2 - краткая форма уравнения реакции.
Сильные кислоты вытесняют слабые кислоты из их солей.
в) Слабого основания:
NH4Cl + NaOH = NH4OH + NaCl
- молекулярное уравнение реакции,
NH4+ + Cl- + Na+ + OH- = NH4OH + Na+ + Cl-
-ионно-молекулярное уравнение реакции,
NH4+ + OH- = NH4OH - краткая форма уравнения реакции.
Сильные основания вытесняют слабые основания из их солей.
Амфотерные гидроксиды
Амфотерные гидроксиды – это нерастворимые в воде соединения типа Ме(ОН)n, которые взаимодействуют как с растворами кислот, так и с растворами щелочей. Реагируя с растворами кислот, они проявляют основные свойства:
Zn(OH)2 + 2HCl = 2H2O + ZnCl2;
Zn(OH)2 + 2H+ + 2Cl- = 2H2O + Zn2+ +2Cl-;
Zn(OH)2 + 2H+ = 2H2O + Zn2+.
Реагируя с растворами щелочей, они проявляют кислотные свойства, при этом образуются гидроксокомплексные соединения:
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4];
Zn(OH)2 + 2Na+ + 2OH- = [Zn(OH)4]2- + 2Na+;
Zn(OH)2 + 2OH- = [Zn(OH)4]2-.
Произведение растворимости
Абсолютно нерастворимых веществ нет. Большинство твердых веществ обладают ограниченной растворимостью. В насыщенных растворах электролитов малорастворимых веществ в состоянии динамического равновесия находятся осадок и насыщенный раствор электролита. Например, в насыщенном растворе сульфата бария, находящегося в контакте с кристаллами этого вещества, устанавливается динамическое равновесие: BaSO4 (т) ⇄ Ba2+(р) + SO (р).
Для этого равновесного процесса можно написать выражение константы равновесия, учитывая, что концентрация твердой фазы не входит в выражение константы равновесия: Kp = [Ba2+] [SO ].
Эта величина называется произведением растворимости малорастворимого вещества (ПР). Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого соединения произведение концентраций его ионов в степени стехиометрических коэффициентов равно величине произведения растворимости. В рассмотренном примере ПР(BaSO4) = [Ba2+] [SO ].
Произведение растворимости характеризует растворимость малорастворимого вещества при данной температуре: чем меньше произведение растворимости, тем хуже растворимо соединение. Зная произведение растворимости, можно определить растворимость малорастворимого электролита и содержание его в определенном объеме насыщенного раствора.
Примеры решения типовых задач
Задача 1. Произведение растворимости сульфата бария равно 1·10-10. Вычислить массу сульфата бария в 5 л насыщенного раствора.
Так как в насыщенном, но очень разбавленном растворе практически все молекулы диссоциируют на ионы BaSO4 ⇄ Ba2+ + SO ,
По условию задачи ПР(BaSO4) = [Ba2+] [SO ] = 1·10-10, следовательно, ПР(BaSO4) = [BaSO4]2, откуда [BaSO4] = = = 10-5 моль/л.
Найдем число молей (ν) в 5 л: ν = 5·10-5 моль.
Чтобы определить массу сульфата бария (m), нужно величину ν умножить на молярную массу BaSO4:
m = ν M (BaSO4) = 5·10-5 ·233 = 1,165·10-2 г = 11,65 мг.
Задача 2. Растворимость иодида серебра AgI при 250С равна 1,22·10-8 моль/л. Вычислить произведение растворимости AgI.
AgI ⇄ Ag+ + I-
[Ag+] = [I-] = [AgI] = 1,22·10-8 моль/л.
ПР(AgI) = [Ag+] [I-] = (1,22·10-8)2 = 1,5·10-16.
Зная произведение растворимости, можно определить, образуется ли осадок при сливании двух растворов известной концентрации. Условие образования осадка: осадок образуется в том случае, если произведение концентраций ионов в растворе, полученном после смешения двух растворов, больше или равно произведению растворимости.
Задача 3. Смешаны равные объемы 0,02 М растворов хлорида кальция и сульфата натрия. Образуется ли осадок сульфата кальция? ПР(CaSO4) = 1,3·10-4.
Хлорид кальция и сульфат натрия - сильные электролиты, поэтому концентрации катионов кальция и сульфат-анионов равны молярным концентрациям солей: [Ca2+]1 = [CaCl2] = 0,02 моль/л и [SO ]1 = [Na2SO4] = 0,02 моль/л.
При смешении равных объемов общий объем увеличился вдвое. Концентрация ионов [Ca2+]2 и [SO ]2 уменьшается вдвое по сравнению с исходными концентрациями: [Ca2+]2 = 0,5·0,02 = 10-2 моль/л,
[SO ]2 = 0,5·0,02 = 10-2 моль/л.
Произведение концентраций этих ионов в растворе после смешения [Ca2+][SO ] = 10-2·10-2 = 10-4, что меньше произведения растворимости: ПР(CaSO4) = 1,3·10-4. Следовательно, раствор не будет насыщенным и осадок не образуется.
Гидролиз
Гидролиз – это ионно-обменная реакция между водой и растворенным в ней веществом. Здесь будем рассматривать гидролиз солей.
Каждую соль можно представить как продукт нейтрализации кислоты основанием, т. е. каждая соль образована какой-то кислотой и каким-то основанием.
Гидролизу подвергаются соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой; слабым основанием и сильной кислотой; слабой кислотой и слабым основанием.
Гидролиз – это обратимый равновесный процесс. В реакциях гидролиза знак равенства заменяют знаком обратимости - двумя противоположно направленными стрелками.
Соли, образованные многоосновными кислотами или многоатомными основаниями гидролизуются ступенчато, образуя на первой ступени кислые или основные соли. Вторая ступень идет в гораздо меньшей степени, чем первая.
1. Гидролиз соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой (I ступень):
Na2CO3 + HOH ⇄ NaHCO3 + NaOH;
2Na+ + C + HOH ⇄ HCO3- + 2Na+ + OH-;
В ходе реакции образуется кислая соль. Краткая ионная форма записи показывает, что в реакции принимает участие анион, поэтому говорят, что в этом случае происходит гидролиз по аниону. В результате гидролиза образуется избыток гидроксид-ионов, поэтому раствор карбоната натрия имеет щелочную реакцию со значением рН > 7.
2. Гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой (I ступень):
ZnCL2 + HOH ⇄ ZnOHCl + HCl;
Zn2+ + 2Cl- + HOH ⇄ ZnOH+ + 2Cl- + H+;
Zn2+ + HOH ⇄ ZnOH+.
В этом случае происходит гидролиз по катиону. В результате гидролиза образуется избыток ионов водорода,
поэтому раствор соли имеет кислую реакцию со значением рН < 7.
3.Гидролиз соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой:
CH3COONH4 + HOH ⇄ CH3COOH + NH4OH;
CH3COO- + NH4+ + HOH ⇄ CH3COOH + NH4OH.